谷歌量子计算项目负责人哈特穆特・奈文(Hartmut Neven)表示,这一新发现标志着“我们在开发实用量子计算机的过程中的一个重要里程碑”,而纠错是“任何量子计算技术都必须解决的问题”。
由于量子比特只能保持量子态极短的时间,因此目前的量子计算机很难产生有用的结果。这意味着,在量子计算机完成计算之前,量子系统中编码的信息就会丢失。因此,找到一种方式纠正随之而来的错误是量子计算技术面临的最大挑战。
一些量子计算创业公司认为,短期内解决这个问题的办法是探索新方式,对目前的“噪声机器”进行编程,但这种做法意味着,量子计算机相比于传统计算机的性能提升有限。此外到目前为止,这方面的努力尚未取得实际效果。这也使得越来越多的人认为,在纠错问题得到更全面的解决之前,量子计算不具有实用性。
谷歌的研究人员表示,已经找到一种方法,将量子计算机中正在处理的信息分散到多个量子比特上。这意味着,即便单个量子比特脱离了量子态,但作为一个整体的系统可以保存足够多的信息足够长时间,来完成一项计算。
根据发表在《自然》杂志上的文章,随着谷歌扩大技术的
应用规模,使其在更大的量子系统上运行,错误率仅降低了4%。但研究人员指出,这是人类首次实现,扩大量子计算机的规模没有导致错误率上升。奈文表示,这表明谷歌已经突破了“平衡点”。在此之后,进一步的发展将实现稳定的性能提升,最终带来第一台可以实际使用的量子计算机。
谷歌研究员朱利安・凯利(Julian Kelly)说,此次的突破来自于谷歌对量子计算机所有组件的优化,涉及量子比特的质量控制、控制软件,以及用于将计算机冷却至接近绝对零度的低温设备。这些优化将错误的数量减少到了足够低,使得扩大系统规模不会导致错误率呈现指数级上升。
谷歌将这一突破描述为建造实用量子计算机所需完成的6个步骤中的第二步。下一步包括完善量子计算机的工程设计,以便只需要1000个量子比特就可以实现所谓的“逻辑量子比特”。逻辑量子比特建立在物理量子比特之上,可以实现无差错的运行。奈文表示,谷歌相信,只要能找到如何构建1000个逻辑量子比特并将其连接至单个系统的方法,就可以获得一台可实用的量子计算机。
谷歌关于量子计算的研究以往曾引发争议。2019年,谷歌发表在《自然》杂志的一篇文章称,已经实现了“量子霸权”,即让量子计算机完成传统计算机无法完成的计算。然而,这一说法遭到了IBM和其他公司的挑战。随着新编程技术的发展,传统计算机性能的提升,量子计算实现“量子霸权”的时间也在被推迟。
在本周发表的文章中,谷歌的研究人员表示,对这一最新突破持“谨慎”态度。他们表示,在纠错技术未来应用至更大规模的量子系统时,仍有一定的可能无法发挥作用。